量子光学赋能下的生命科学突破：2025 年诺贝尔生理学或医学奖揭晓

当北京时间 2025 年 10 月 6 日下午 5 点 30 分的钟声敲响，诺贝尔生理学或医学奖的神秘面纱如期揭开。Mary E. Brunkow、Fred Ramsdell 与 Shimon Sakaguchi 三位科学家凭借在 “外周免疫耐受” 领域的开创性贡献摘得桂冠，这一成果不仅为自身免疫疾病的治疗带来了新的曙光，更在量子光学技术的助力下，开启了生命科学研究的全新维度。

外周免疫耐受研究：量子光学技术的 “慧眼” 助力

外周免疫耐受，这个曾经让众多科学家望而却步的研究领域，如今因量子光学技术的介入而焕发出新的活力。传统的生物学研究方法在观察免疫细胞的动态相互作用时，往往受到分辨率和观测范围的限制，难以捕捉到细胞层面的细微变化。而量子光学中的量子成像技术，凭借其超高的空间分辨率和时间分辨率，成为了研究外周免疫耐受的 “慧眼”。 通过量子纠缠光子对构建的成像系统，科学家们能够实时、清晰地观察到免疫细胞在体内的迁移轨迹以及与其他细胞的相互作用过程。在 Brunkow、Ramsdell 和 Sakaguchi 的研究中，他们利用量子光学成像技术，首次直观地揭示了调节性 T 细胞如何精 准识别并抑 制自身反应性免疫细胞，从而维持外周免疫耐受的平衡。这种观测方式打破了传统研究的局限，为深入理解外周免疫耐受的分子机制提供了前所未有的技术支持。 此外，量子光学中的光谱分析技术也在该研究中发挥了重要作用。通过对免疫细胞表面分子的量子光谱分析，科学家们能够精确检测到分子结构的微小变化，进而阐明了调节性 T 细胞发挥作用时的信号传导路径。这些基于量子光学技术的研究手段，不仅推动了外周免疫耐受领域的突破，也为其他生命科学研究提供了全新的技术范式。回溯十年征程：量子光学与生命科学的协同演进回顾过去十年诺贝尔生理学或医学奖的获奖成果，我们不难发现量子光学技术与生命科学研究的协同演进趋势。2024 年，Victor Ambros 及 Gary Ruvkun 因 “发现 microRNA 及其在转录后基因调控中的作用” 获奖，在他们的研究后期，量子光学中的单分子探测技术被用于追踪 microRNA 在细胞内的运输和作用过程，进一步验证了其在基因调控中的关键作用。 2023 年，Katalin Karikó 及 Drew Weissman 凭借 “发现核苷基修饰，从而开发出有效的抗 COVID - 19 mRNA 疫苗” 获奖。在 mRNA 疫苗的研发过程中，量子光学中的激光光谱技术被用于分析 mRNA 分子的结构稳定性，为核苷基修饰方案的优化提供了重要依据，加速了疫苗的研发进程。 2022 年，德国科学家 Svante Pääbo 因 “在已灭绝的古人类基因组和人类进化方面的发现” 获奖。在古人类基因组的测序和分析中，量子光学中的量子传感技术被用于提高基因测序的准确性和效率，帮助科学家们更精 准地解读古人类基因组中的遗传信息，为研究人类进化历程提供了更可靠的数据支持。 2021 年，美国科学家 David Julius、Ardem Patapoutian 因 “发现温度和触觉的受体” 获奖。他们在研究过程中，利用量子光学中的低温光学技术，在接近绝 对零度的环境下观察受体蛋白的结构变化，从而清晰地揭示了温度和触觉信号的传导机制。 2020 年，美英三位科学家 Harvey J. Alter、Michael Houghton、Charles M. Rice 因 “发现丙型肝炎病毒” 获奖。在丙型肝炎病毒的检测和鉴定中，量子光学中的量子点标记技术被用于特异性识别病毒颗粒，大大提高了病毒检测的灵敏度和特异性，为丙型肝炎的早期诊断和治疗奠定了基础。 2019 年，美英三位科学家 William G. Kaelin Jr、Peter J. Ratcliffe 和 Gregg L. Semenza 因 “发现了细胞如何感知和适应氧气的可用性” 获奖。他们利用量子光学中的荧光共振能量转移技术，实时监测细胞内氧气浓度变化对相关蛋白相互作用的影响，深入阐明了细胞感知和适应氧气的分子机制。 2018 年，美国科学家 James P. Allision 和日本科学家 Tasuku Honjo 因 “发现了抑 制负面免疫调节的癌症疗法” 获奖。在癌症免疫疗法的研发中，量子光学中的光镊技术被用于操控免疫细胞和癌细胞，研究它们之间的相互作用，为优化癌症免疫治 疗方案提供了重要的实验依据。 2017 年，三位美国科学家 Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash 和 Michael W. Young 因 “发现了调控昼夜节律的分子机制” 获奖。他们通过量子光学中的时间分辨荧光光谱技术，精确测量了昼夜节律相关蛋白的表达和降解速率，揭示了昼夜节律调控的分子钟机制。 2016 年，日本科学家 Yoshinori Ohsumi 因 “发现了细胞自噬机制” 获奖。在细胞自噬的研究中，量子光学中的超分辨显微镜技术被用于观察自噬体的形成和融合过程，为深入理解细胞自噬机制提供了清晰的图像证据。 2015 年，中国科学家屠呦呦因 “有关疟疾新疗法的发现”，与爱尔兰的 William C. Campbell 和日本的 Satoshi Omura 共同获奖。在青蒿素的提取和作用机制研究中，量子光学中的红外光谱技术被用于分析青蒿素的分子结构和与疟原虫蛋白的相互作用，为青蒿素类药物的研发和优化提供了重要支持。诺贝尔生理学或医学奖背后的科学图景：量子视角下的统计与突破自 1901 年至 2024 年，诺贝尔生理学或医学奖共颁发了 115 次，其中有 9 个年份因特殊历史原因未能颁发，分别是 1915、1916、1917、1918、1921、1925、1940、1941、1942 年。在这 115 次颁奖中，40 次为单人获奖，36 次为 2 人共享，39 次为 3 人共享，共诞生了 229 位获奖者。从量子光学与生命科学融合的角度来看，这些获奖成果的背后，不仅是科学家们不懈的努力，更是不同学科技术交叉融合的结晶。 在 229 位获奖者中，最年轻的是加拿大科学家 Frederick G. Banting，1923 年他因 “发现胰岛素” 获奖时年仅 31 岁。如今，量子光学技术已被用于胰岛素的分子结构研究和作用机制探索，为糖尿病的治 疗提供了新的思路。最年长的获奖者是美国科学家 Peyton Rous，1966 年他因 “发现肿瘤诱导病毒” 获奖时已 87 岁高龄。而在现代肿瘤病毒研究中，量子光学技术正助力科学家们更深入地了解病毒的致病机制。 在 229 位诺贝尔生理学或医学奖得主中，有 13 位女性科学家，她们在不同的研究领域为生命科学的发展做出了卓 越贡献。从 1947 年的 Gerty Cori 到 2023 年的 Katalin Karikó，每一位女性获奖者的成果都在不同程度上推动了相关领域的进步，而量子光学技术的发展也为女性科学家在生命科学研究中提供了更多的机遇和可能。 随着量子光学技术的不断发展和创新，它与生命科学的融合将更加紧密，为解决人类健康领域的诸多难题提供更强大的技术支持。2025 年诺贝尔生理学或医学奖的揭晓，不仅是对三位科学家研究成果的认可，更是对量子光学与生命科学交叉领域发展的肯定，相信在未来，这一领域将涌现出更多的科学突破，为人类的健康事业做出更大的贡献。

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